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Title:
METHOD FOR OPERATING AN ELECTRIC DRIVE UNIT, PREFERABLY FOR ADJUSTING A COMPONENT IN THE MOTOR VEHICLE, AND DRIVE UNIT FOR CARRYING OUT SAID METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/064667
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating an electric drive unit (10) and to a drive unit, preferably for adjusting a component in the motor vehicle, such as a side window or a sunroof or a seat component, by means of an electric motor (12) having a rotor (18), wherein the periodic undulation of a signal of an acceleration sensor (40) which detects structure-borne sound vibrations of the drive unit (10) is evaluated in order to detect a rotational position or a rotational speed of the rotor (18).

Inventors:
BERGER RAINER (DE)
DEBUS MARCO (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/075594
Publication Date:
April 02, 2020
Filing Date:
September 24, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
H02P6/18; G01D5/12; G01P3/48
Foreign References:
DE102016225403A12018-06-21
DE202005018412U12007-03-29
DE102009000021A12010-07-08
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit (10), vorzugs weise zum Verstellen eines Bauteils im Kraftfahrzeug wie beispielsweise ein Seitenfenster oder ein Schiebedach oder eine Sitzkomponente, mittels ei nem einen Rotor (18) aufweisenden Elektromotor (12), wobei zur Erkennung einer Drehlage oder einer Drehzahl des Rotors (18) die periodische Wellig keit eines Signals eines Beschleunigungs-Sensors (40) ausgewertet wird, der Körperschall-Schwingungen der Antriebseinheit (10) erfasst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal des Beschleunigungs-Sensors (40) ein Kommutierungs-Ripple-Signal gene riert wird, das zu einer Positionserfassung (52) des Rotors (18) oder des zu verstellenden Bauteils als Eingangssignal verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal des Beschleunigungs-Sensors (40) über eine volle Umdrehung des Rotors (18) eine Ripple-Frequenz ermittelt wird, die die Drehzahl des Rotors (18) charakterisiert.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Rotor (18) einen Kommutator (22) mit einer Anzahl von Kommutatorlamellen (24) aufweist, und das Kommutierungs-Ripple-Signal oder die Ripple-Frequenz der Anzahl der Kommutatorlamellen (24) oder ei nem Vielfachen von diesen entspricht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Signal des Beschleunigungs-Sensors (40) mittels einer SensorLess-Control-Auswerteeinheit (SLC) (80) bearbeitet wird, wobei ins besondere für die Positions- oder Drehzahlerfassung das Signal des Be schleunigungs-Sensors (40) mittels eines Motormodells (88) und einem Adaptionsverfahren (86) zur Anpassung an veränderliche Umgebungsbedin gungen ausgewertet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Signal des Beschleunigungs-Sensors (40) für die SLC- Auswerteeinheit (80) einem Signalfilter (82) zugeführt wird, um die Oberwel len der Ripple-Frequenz auszufiltern, so dass das Ripple-Count- Signal eine Frequenz aufweist, die der Rotordrehfrequenz multipliziert mit der Anzahl der Kommutatorlamellen (24) entspricht.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das detektierte Signal des Beschleunigungs-Sensors (40) über jede vollen Umdrehung des Rotors (18) an einem bestimmten Winkel bereich (66) ein charakteristisches Signalmuster (68) aufweist, das durch fer tigungstechnische Unsymmetrien des Elektromotors (12) erzeugt wird, wobei vorzugsweise dieses charakteristische Signalmuster zur Synchronisierung des Signals des Beschleunigungs-Sensors (40) bezüglich der vollständigen Rotorumdrehungen herangezogen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Beschleunigungs-Sensor (40) auf einer elektronischen Leiterplatte (33) der Antriebseinheit (10) angeordnet ist, und insbesondere ein Mikrocontroller (32), in dem die SLC-Auswerteeinheit (80) realisiert ist, auf der selben elektronischen Leiterplatte (33) angeordnet ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Beschleunigungs-Sensor (40) als MEMS-Sensor (42) ausgebildet ist, der die Schwingungen des Körperschalls der Antriebeeinheit (10) erfasst, die durch die Momentenwelligkeit der Kommutierung und/oder die Schwingungsanregung der Motorbauteile aufgrund der magnetischen Wechselfelder erzeugt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Antriebseinheit (10) eine Einklemmschutz- Funktion (50) aufweist, bei der beim Einklemmen eines Hindernisses im Verstellweg des beweglichen Bauteils die Antriebseinheit (10) gestoppt oder reversiert wird, wobei mittels dem Beschleunigungs-Sensor (40) zusätzlich zu der periodi schen Welligkeit eine auf das Fahrzeug einwirkende Beschleunigung ge- messen wird, um eine Fehlauslösung der Einklemmschutz-Funktion (50) zu verhindern.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anzahl der Kommutatorlamellen (24) acht oder zehn oder vierzehn beträgt - und insbesondere der Rotor ieinem bestimmten Winkelbe reich eine definierte Unwucht aufweist, um das niederfrequente charakteris tische Signalmuster zu erzeugen.

12. Antriebseinheit (10) zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (24) einen Elektromotor (12) und eine Elektronikeinheit (30) mit einer elekt ronischen Leiterplatte (33) aufweist, wobei ein MEMS-Beschleunigungs- Sensor (42) zur Erfassung einer periodischen Welligkeit der Körperschall- Schwingungen der Antriebseinheit (10) auf der elektronischen Leiterplatte (33) angeordnet ist.

13. Antriebseinheit (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (10) ein dem Elektromotor (12) nachgeschaltetes Getriebe (44) mit einem Abtriebselement (46) zum Verstellen eines beweglichen Bau teils aufweist, wobei die Antriebseinheit (10) eine Positionserfassungsvor richtung (52) mit einer Einklemmschutzfunktion (50) für das bewegliche Teil aufweist.

Description:
Beschreibung

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit, vorzugsweise zum

Verstellen eines Bauteils im Kraftfahrzeug, sowie eine Antriebseinheit zum Aus- führen des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebs einheit, vorzugsweise zum Verstellen eines Bauteils im Kraftfahrzeug, sowie eine Antriebseinheit zum Ausführen des Verfahrens nach den unabhängigen Ansprü chen.

Stand der Technik

Mit der DE 10 2009 000 021 Al ist ein Verfahren zum Betreiben eines Stellan triebs bekannt geworden, bei dem eine Beschleunigungsmessung des Kraftfahr zeugs oder des zu verstellenden Bauteils durchgeführt wird um den Einklemm schutz eines Kraftfahrzeugbauteils zu verbessern. Die Positionserfassung des Bauteils , beziehungsweise des Rotors erfolgt dabei über einen Positionssenor, der beispielsweise als ein oder zwei Hallsensoren an der Rotorwelle ausgeführt sein kann. Alternativ kann die Drehlage des Rotors auch über ein Motorstromsig nal erfasst werden, dessen Stromrippel für die Drehzahl oder die Positionserfas sung ausgewertet wird.

Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass zusätzlich zu dem Beschleunigungssensor für den Einklemmschutz eine Positionssensorik und/oder Motorstrommmessung vorgehalten werden muss, um die Position des zu verstellenden Teils zu be stimmen. Ziel der Erfindung ist es, eine sehr kostengünstige Positionserfassung zur Verfügung zu stellen, die sehr flexibel bezüglich der räumlichen Anordnung im Stellantrieb ist. Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit eines Kfz- Bauteils, vorzugsweise eines Seitenfensters, eines Schiebedachs oder Sitzkom ponenten, sowie die Antriebseinheit zum Ausführen des Verfahrens mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Auswertung des Körperschall-Signals eines Beschleunigungs- Sensors der Antriebseinheit ein rotorlageabhängiges Auswerte-Signal für die Po sitionserfassung des Antriebs zur Verfügung gestellt wird. Dadurch kann auf zu sätzliche Positionssensoren, wie beispielsweise Magnetgeber mit Magnetsenso ren oder einer Strommessung für ein Stromrippel-Signal verzichtet werden.

Dadurch kann die Antriebseinheit kostengünstiger hergestellt werden und der Beschleunigungssenor braucht vergleichsweise weniger Bauraum. Außerdem ist die Einbaulage des Beschleunigungssensors in der Antriebseinheit sehr flexibel und muss nicht unmittelbar an der Rotorwelle angeordnet sein. Dadurch kann die Architektur der Elektronikplatine gegenüber der Verwendung eines Hall-Senors viel freier gestaltet werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Dadurch, dass das Körper-Schall-Signal des Beschleunigungs-Sensors ein rotor lageabhängiges Signal mit regelmäßigen lokalen Maxima und Minima aufweist, kann dieses direkt als Kommutierungs-Ripple-Signal einer entsprechenden Aus werteeinheit zugeführt werden. Hierbei kann besonders vorteilhaft eine bereits existierende SLC- Auswertung genutzt werden, wie sie beispielsweise auch für die Auswertung eines Motorstrom-Signals verwendet wird. Dadurch kann für die Rippel-Count-Detektion auch auf standardisierte Elektroniken zurückgegriffen werden.

Da das Körper-Schall-Signal des Beschleunigungs-Sensors die Anzahl der Kommutatorlamellen wiederspiegelt, kann aus der ermittelten Rippel- Frequenz direkt auf die Drehzahl des Rotors geschlossen werden. Dadurch entfällt der Aufwand für die Strommessung oder die Anordnung einer Hall-Sensorik für das Generieren eines auswertbaren Inkremental-Signals.

Bei Kenntnis der Anzahl der Kommutator-Lamellen kann die Kommutirungs- Frequenz von deren Oberwellen separiert werden, so dass bei einer vollen Ro tor-Umdrehung über 360° eine definierte Anzahl von Rippein gezählt werden kann, die der Lamellen-Anzahl entspricht. Durch das Aufzählen der einzelnen Rippel kann somit ein inkrementell-Signal für die Positionserfassung des zu ver stellenden Teils generiert werden. Ebenso kann aus der Anzahl der Rippel pro Rotorumdrehung über die Anzahl der Rippel pro Zeiteinheit auch die Drehzahl des Rotors ermittelt werden. Somit ist die Welligkeit des Beschleunigungssignals sowohl für die Drehzahlermittlung als auch für die Positionserfassung des zu ver stellenden Teils nutzbar. Daher kann ein solches Verfahren sowohl für Stellan triebe, als auch für Drehmaschinen wie Gebläse und Pumpen verwendet werden.

Dadurch, dass das Körperschall-Signal gut reproduzierbare, eindeutige periodi sche Rippel liefert, können die Vorteile des Verfahrens der Strom-Rippel- Auswertung genutzt werden. Jedoch ist das Welligkeits-Signal der Körper-Schall- Anregung über lange Betriebszeiten stabiler, da es nicht vom Bürstenverschleiß oder der toleranzempfindlichen Lage der Bürsten gegenüber dem Kommutator abhängt. Vielmehr wird das Körperschall-Signal auch unmittelbar durch die wechselnden Magnetfelder im Elektromotor erzeugt und ist daher unabhängiger von einer Veränderung des Motorstroms.

Für die Auswertung eines Rippel-Signals ist es erstrebenswert, dass die Ober wellen von der Rippel-Frequenz separiert werden können. Durch ein Schätzver fahren kann die Rippel-Frequenz im normalen Betriebszustand abgeschätzt wer den, so dass ein spezieller Filter auf die zu erwartende Rippel-Frequenz ange setzt werden kann. Dadurch kann die Anzahl der Rippel pro Rotorumdrehung eindeutig auf die Anzahl der Kommutator-Lamellen reduziert werden, so dass ein eindeutiges Rippel-Count-Signal erzeugt wird. Die Rotor- Frequenz entspricht dann immer der Rippel-Frequenz geteilt durch die Anzahl der Kommutator- Lamellen.

Besonders vorteilhaft können Unregelmäßigkeiten in der Herstellung des Rotors dafür genutzt werden, das Beschleunigungssignal bezüglich der einzelnen Roto- rumdrehungen zu synchronisieren. Fertigungsungenauigkeiten im Blechschnitt des Ankers oder Variationen der Wicklungen führen dazu, dass über den gesam ten Drehwinkel von 360° ein bestimmter Winkelbereich ein charakteristisches Signalmuster aufweist. Dies taucht bei jeder Rotorumdrehung genau im gleichen Winkelbereich auf und kann daher dazu genutzt werden, immer eine bestimmte Drehlage des Rotors zu erkennen.

Besonders günstig ist es, wenn der Beschleunigungssensor auf der elektroni schen Leiterplatine des Elektromotors angeordnet wird, auf der bevorzugt auch ein Mikroprozessor angeordnet ist. Dadurch kann der Beschleunigungssenor di rekt mittels Leiterbahnen der Platine ohne Zusatzaufwand mit dem Mikroprozes sor verbunden werden. Im Mikroprozessor ist bevorzugt die Auswerteeinheit für das Beschleunigungssignal ausgebildet, so dass die Drehzahl und/oder die Posi tion des zu verstellenden Teils direkt auf der Leiterplatine des Elektromotors er mittelt werden kann. Daher ist bei Stellantrieben mit integrierter Elektronik und/oder einer Einschubelektronik die Realisierung der Positionserfassung ohne zusätzliche Sensorleitungen möglich.

Alternativ ist es auch denkbar, den Beschleunigungssensor auf einer kleineren Sensorikplatine im Elektromotor anzuordnen und die Signalauswertung in einem zentralen Steuergerät - insbesondere für mehrere Elektromotoren gleichzeitig - vorzunehmen.

Besonders kostengünstig und kleinbauend ist die Verwendung von MEMS- Sensoren (Mikro-Elektro-Mechanical-System) als Beschleunigungssensor. Ein solcher MEMS-Sensor kann Körperschall-Schwingungen in allen Raumrichtun gen aufnehmen, wobei die Körperschall-Anregung keine Vorzugsrichtung auf weist. Der MEMS-Sensor kann in einen ASIC-Baustein integriert sein oder als separates Sensorelement direkt auf der Leiterplatte - beispielsweise mittels SMD-Technologie - angeordnet sein. Da hierbei mechanische Schwingungen von Motor- Bauteilen gemessen werden, sind diese unanfälliger gegenüber elekt romagnetischer Störstrahlung. Somit ist ein solches Körperschall-Signal des MEMS-Sensors sehr robust gegenüber Fertigungstoleranzen, insbesondere des Bürstensystems und gegenüber dem Verschleiß von Bauteilen. Besonders vorteilhaft ist die Nutzung eines solchen Beschleunigungssensors für eine Elektronik, die auch eine Einklemmschutzfunktion für das zu verstellende Teil aufweist. Dabei kann das Körperschall-Signal des Beschleunigungssensors für die Positionserfassung und/oder die Drehzahlermittlung genutzt werden, die als charakteristische Größe für die Stellkraft des Elektromotors genutzt werden können. Andererseits kann der Beschleunigungssensor auch externe Beschleu nigung erfassen, die auf das gesamte Fahrzeug bzw. auf das zu verstellende Teil einwirken. Ein solches externes Beschleunigungssignal weist keine periodische Welligkeit auf, sondern tritt in der Regel als Impuls oder als Rauschen auf, das beim Einklemmschutz genutzt wird, um eine Fehlauslösung des Einklemmschut zes - beispielsweise bei einer Rüttelstrecke - zu vermeiden. Ein solches externes Beschleunigungssignal ist insbesondere der periodischen Welligkeit des Körper schall-Signals überlagert und kann in dem Einklemm-Algorithmus als externe Störung identifiziert werden.

Für einen eingeschwungenen Normalbetrieb des Elektromotors liegt der Fre quenzbereich für die periodische Welligkeit des Beschleunigungssignals zwi schen 200 Hz und 2000 Hz, in Abhängigkeit von der Anzahl der Kommutatorla mellen und der Verstell-Anwendung. Bevorzugt wird jedoch ein DC-Motor mit zehn oder vierzehn Kommutatorlamellen verwendet. Von diesem Frequenzbe reich der Rippel-Frequenz kann eine Schwingung, die durch eine externe Be schleunigung des Fahrzeugs angeregt ist, leicht unterschieden werden. Deren Rausch-Frequenzen liegen normaler Weise unterhalb von 200 Hz.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors kann be sonders günstig in einer Antriebseinheit umgesetzt werden, die bewegliche Teile im Kraftfahrzeug verstellt. Hier weist die Antriebseinheit eine Steuereinheit mit einer Elektronikplatine auf, auf der der zusätzliche Beschleunigungssensor ohne großen Mehraufwand angeordnet werden kann. Das Körperschall-Signal des Elektromotors kann dann direkt in der Elektronikeinheit der Antriebseinheit aus gewertet werden, um insbesondere eine Positionserfassung für das zu verstel lende Teil zu realisieren. Alternativ kann ein solcher Beschleunigungssensor auf einer Leiterplatine des Elektromotors auch die Drehzahl, beispielsweise für einen Drehantrieb ohne große Zusatzkosten ermitteln. Eine solche Antriebseinheit im Kraftfahrzeug weist ein entsprechendes Getriebe auf, das die Drehzahl des Rotors auf eine für die Anwendung passende Drehzahl am Abtriebsritzel reduziert. Durch ein solches Getriebe besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Drehlage des Rotors und der Position des zu ver stellenden Teils entlang seines Verstellweges. Zur Kalibrierung des Antriebs wird das zu verstellende Teil beispielsweise gegen einen Anschlag als Null-Position gefahren. Ausgehend von dieser Null-Position werden die einzelnen Rippel- Counts als Inkrementell-Signal über den gesamten Verstellweg aufaddiert.

Dadurch kann gezielt automatisch eine vorgebbare Position des zu verstellenden Teils angefahren werden und gleichzeitig kann diese Positionserfassung auch für die Realisierung einer Einklemmschutzfunktion genutzt werden. Wird als Größe, die die Verstellkraft repräsentiert, beispielsweise die Drehzahl überwacht, kann diese Drehzahl direkt aus dem Körperschall-Signal des Beschleunigungssensors ermittelt werden. Eine unvorhergesehene Änderung der Drehzahl wird dann als Einklemmfall interpretiert, worauf dann das zu verstellende Bauteil gestoppt oder reversiert wird. Zusätzlich kann der gleiche Beschleunigungssensor auch die ex terne Beschleunigung des zu verstellenden Teils ermitteln, um eine Fehlauslö sung des Einklemmschutzes zu vermeiden.

Ferner wird ein Stellantrieb vorgeschlagen, bei dem der Beschleunigungssensor im Stellantrieb angeordnet ist. Der Stellantrieb ist am Kraftfahrzeug fest ange schlossen, insbesondere mit einer Türe oder einem anderen Bauteil des Kraft fahrzeugs verschraubt oder vernietet. Der dort in diesem Stellantrieb angeordne te Beschleunigungssensor würde demzufolge Beschleunigungen des gesamten Kraftfahrzeugs erfassen, die zu einem ermittelten Einklemmfall in Bezug gesetzt werden können, um diesen also verifizieren oder falsifizieren zu können. Dies er folgt dadurch, dass Werte dieses im Stellantrieb angeordneten Beschleunigungs sensors, die eine entsprechende Beschleunigung quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs widerspiegeln, auf eine Erschütterung des gesamten Fahrzeugs schließen lassen. Der im Stellantrieb angeordnete Beschleunigungssensor dient daher gleichzeitig auch zur Erfassung von Beschleunigungen des gesamten Kraftfahrzeugs zum Ausschluss eines Einklemmfalles.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert, ohne aber hierauf beschränkt zu sein. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stellantrieb eines Kraftfahrzeugs für das Ver stellen eines Bauteils im Kraftfahrzeug,

Fig. 2a ein erfindungsgemäßes Beschleunigungssignal mit einer periodischen Welligkeit,

Fig. 2b eine mittels Fouriertransformation erzeugtes Frequenzspektrum des Be schleunigungssignals aus Fig. 2a, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Auswerteverfah rens des Körperschall-Signals nach Fig 2a.

Figur 1 zeigt einen Stellantrieb 10 für ein Bauteil in einem Kraftfahrzeug, bei spielsweise ein Seitenfenster, ein Schiebedach, oder eine Sitzkomponente. Mit tels des Stellantriebs 10 lässt sich ein Seitenfenster über eine mit diesem ver bundene Schubstange oder einen Seilzug öffnen oder schließen. Das Seiten fenster ist zusammen mit dem Stellantrieb 10 beispielsweise in einer Fahrzeug türe des Kraftfahrzeugs angeordnet. Der Stellantrieb 10 weist einen Elektromo tor 12 auf, der bevorzugt als DC-Gleichstrommotor ausgebildet ist. Dabei sind in einem Polgehäuse 14 Permanentmagnete 16 angeordnet, die einen im Polge häuse 14 gelagerten Rotor 18 antreiben. Auf dem Rotor 18 sind elektrische Wicklungen 20 angeordnet, die über einen Kommutator 22 bestromt werden.

Der Kommutator 22 weist mehrere Kommutatorlamellen 24 auf, die in Schleif kontakt mit Strombürsten 26 eines Bürstenhalter- Bauteil 28 stehen.

Der Elektromotor 12 wird von einer Steuereinheit 30 angesteuert, die einen Mik rocontroller 32 aufweist. Der Mikrocontroller 32 ist auf einer elektronischen Lei terplatte 33 angeordnet, auf der auch weitere elektronische Bauelemente 34 - wie Entstörelemente oder Leistungsendstufen für den Motorstrom - angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Steuereinheit 30 in den Stellan trieb 10 integriert, beispielsweise als Einschubelektronik 31 mit einem Stecker anschluss 38. Daher ist auch die Leiterplatte 33 direkt im Stellantrieb 10 ange ordnet. Auf der Leiterplatte 33 ist ein Beschleunigungssenor 40 angeordnet, der bevorzugt als MEMS-Sensor (Micro-Electro-Mechanical System) 42 ausgebildet ist. Dieser Beschleunigungssensor 42 detektiert unmittelbar den Körperschall des Stellantriebs 10, der durch die Kommutierung und die magnetischen Wech selfelder des Elektromotors 12 erzeugt wird. Dieser Körperschall breitet sich über den gesamten Stellantrieb 10 aus und kann in allen drei Raumrichtungen erfasst werden. Daher kann der Beschleunigungssensor 40 bevorzugt direkt auf der Leiterplatte 33 angeordnet werden, so dass er über Leiterbahnen 36 direkt mit dem Mikrocontroller 32 verbunden ist. Zusätzlich zum Körperschall kann der Beschleunigungssensor 40 auch auf den Stellantrieb 10 - beziehungsweise auf das zu verstellende Bauteil - einwirkende externe Beschleunigungen detektie- ren. Dieses Signal kann für die Fehlerkorrektur einer Einklemmschutz- Funktion 50 verwendet werden, die in der Steuereinheit 30 realisiert ist. Die Drehlage und/oder die Drehzahl des Rotors 18 wird mit einer Positionserfassungs- Vorrichtung 52 ermittelt, der das Welligkeits-Signal des Beschleunigungssenors 40 zugeführt wird. Daraus wird ein inkrementeiles Signal generiert, mittels dem man auch die Position des zu verstellenden Bauteils - wie der Fensterscheibe - ermitteln kann. Dadurch können Bereiche definiert werden, in denen die Ein klemmschutz-Funktion 50 aktiviert ist. Zur Realisierung des Einklemmschutzes wird beispielsweise die Änderung der Drehzahl des Rotors 18 überwacht und bei einem unvorhergesehenen Rückgang der Drehzahl die Drehzahl und/oder die Drehzahländerung mit einem Grenzwert verglichen. Bei Über- /Unterschreiten des Grenzwertes wird dann das zu verstellende Bauteil ge stoppt oder dessen Bewegung reversiert, um ein eingeklemmtes Hindernis wie der freizugeben. Die Positionserfassung 52 und die Einlemmschutzfunktion 50 sind beispielsweise im Mikrocontroller 32 angeordnet und werden in Fig. 3 nä her beschrieben.

Der Elektromotor 12 überträgt das Antriebsmoment auf ein nachfolgendes Ge triebe 44, das ein Abtriebselement 46 für das zu verstellende Bauteil aufweist.

In Fig. 1 ist das Getriebe 44 als Schneckengetriebe ausgebildet, bei dem auf einer Rotorwelle 47 eine Schnecke 48 angeordnet ist, die mit einem Schne ckenrad 49 kämmt. Das Getriebe 44 ist in einem Getriebegehäuse 45 angeord net, in das ein Elektronikgehäuse 35 für die Leiterplatte 33 integriert ist. Alterna tiv kann die Steuereinheit 30 auch als zentrales Steuergerät ausgebildet sein, in dem die Positionserfassung 52 und der Einklemmschutz 50 vorzugsweise für mehrere Stellantriebe 10 angeordnet ist. Bei dieser Ausführung ist jeweils in je dem Stellantrieb 10 ein Beschleunigungssensor 40 angeordnet, beispielsweise auf einer separaten Sensorplatine oder direkt am Elektromotor 12, insbesonde re an dessen Bürstenhalter-Bauteil 28.

Ein Signal des Beschleunigungssensors 40, das den Körperschall des Stellan triebs 10 darstellt, ist in Fig. 2a abgebildet. Auf der X-Achse 60 ist der Drehwin kel des Rotors 18 für eine vollständige Umdrehung (360°) abgebildet. Auf der Y-Achse 62 ist als Beschleunigung das periodische Signal 63 der Körperschall anregung des Stellantriebs 10 dargestellt, das vorzugsweise mittels des MEMS- Sensors 42 auf der Leiterplatte 33 erfasst wurde. Über eine Umdrehung sind hier zehn Doppelripple 64 ausgebildet, die zehn Kommutatorlamellen 24 des Kommutators 22 entsprechen. Das bedeutet, dass jeder Elektromotor 12 eine charakteristische periodische Welligkeit des Beschleunigungssignals aufweist. Die maximale Amplitude des Beschleunigungssignals liegt bei etwa 5 m/s 2, wo bei für jede Umdrehung im Regelbetrieb des Stellantriebs 10 näherungsweise der gleiche Signalverlauf der Beschleunigung generiert wird. In einem bestimm ten Drehwinkelbereich 66 tritt hier ein charakteristisches Signalmuster 68 auf, das beispielsweise auf Fertigungsungenauigkeiten des Rotors 18 zurückzufüh ren ist. Dieses charakteristische Signalmuster 68 kann für die Synchronisation der einzelnen Umdrehungen des Rotors 18 verwendet werden, falls sich die Positionserfassung aufgrund einer Störung verzählen sollte.

In Fig. 2b ist als Frequenzspektrum eine Fast- Fourier-Transformation (FFT) des Signalverlaufs 63 der Fig. 2a abgebildet. Auf der X-Achse 70 ist die Fre quenz über einen Frequenzbereich bis etwa 1500 Hz aufgetragen. Auf der Y- Achse 72 ist wieder die Amplitude der Körperschallanregung des Beschleuni gungssignals dargestellt. Bei dieser Beispielsmessung tritt die erste dominante Ripple- Frequenz 74 bei etwa 710 Hz auf, was bei zehn Kommutatorlamellen 24 einer Drehfrequenz des Rotors 18 von 71 Hz entspricht. Ein weiterer dominan ter Frequenzbereich 76 tritt bei etwa 1420 Hz als doppelte Ripple- Frequenz auf. Diese stellt die erste Oberwelle der Ripple- Frequenz 74 dar. Daher zeigt das Signal der Beschleunigungswelligkeit 63 in Fig. 2a auch zwanzig lokale Maxima und Minima und nicht nur die zehn Maxima/Minima der zehn Kommutatorlamel len 24. Die Ripple- Frequenz 74 und deren erste Oberwelle 76 werden einerseits durch die Stromwendung am Kommutator 22 verursacht, andererseits jedoch auch unabhängig vom Strom durch die magnetische Schwingungsanregung der Motor- Bauteile aufgrund der magnetischen Wechselfelder. Aufgrund der kon- stant ausgeprägten Welligkeit des Beschleunigungssignals 63, das den Ripp- lefrequenzen 74, 76 entspricht, kann das Signal des Beschleunigungssenors 40 direkt für die Positionserfassung 52 genutzt werden.

Eine solche Auswertevorrichtung 80 zur Drehlage- bzw. Drehzahlerfassung ist in Fig. 3 dargestellt. Das Beschleunigungssignal 63 des Stellantriebs 10 gemäß Fig. 2a wird einem Signalfilter 82 zugeführt. Hier kann insbesondere in einer ersten Ausführung die Ripple- Frequenz 74 von deren ersten Oberwelle 76 se pariert werden, so dass für jede Kommutatorlamelle 24 genau ein Signal- Ripple auftritt. Dieses gefilterte Ripple-Count-Signal wird der Ripple-Detektion 83 zuge führt, vergleichbar mit einer Vorrichtung, die das Ripple-Signal eines Motor stroms nach dem SenserLess-Control -Verfahren (SLC) auswertet. Die einzel nen aufaddierten Signal-Ripple bilden ein inkrementales Signal, das den durch schrittenen Rotorwinkel aufsummiert. Daraus kann direkt der zurückgelegte Drehwinkel (Drehlage) und damit der zurückgelegte Verstellweg des zu verstel lenden Teils ermittelt werden. Andererseits kann daraus auch die Drehzahl des Rotors 18 ermittelt werden. Der Positionserfassung 52 liegt ein Beobachter- Modell 88 des Elektromotors 12 zugrunde, bei den verschiedenen Motorkenn größen, wie eine anliegende Motor-Spannung 84, die Betriebstemperatur oder das Anlaufverhalten eingespeist werden. Die vorab geschätzten Werte - bei spielsweise für die Motor- Drehzahl - werden mit den tatsächlich ermittelten Werten aus dem Beschleunigungssignal 63 verglichen. Des Weiteren werden die abgespeicherten Werte der vorangegangenen Stellvorgänge abgespeichert und mit den aktuell ermittelten Werten verglichen. Dadurch kann eine Adaption 86 der Positionserfassung 52 an sich verändernden Randbedingungen vorge nommen werden. Für die Realisierung der Einklemmschutzfunktion 50 wird der Absolutwert und/oder die Änderung der Werte, die für die Verstellkraft charakte ristisch sind, kontinuierlich überwacht. Beispielsweise wird eine Drehzahlände rung über den Verstellweg aufaddiert und mit einem Grenzwert verglichen. Fällt die Drehzahl unter einen bestimmten Grenzwert ab, wird dies als Einklemmfall identifiziert. Um eine Fehlauslösung des Einklemschutzes 50 zu vermeiden, kann zusätzlich ein weiteres Signal des Beschleunigungssensors 40 für den Einklemmschutz ausgewertet werden, das eine extern auf den Stellantrieb 10 - und damit auf das zu verstellende Bauteil - einwirkende Beschleunigung misst. Erfasst der Beschleunigungssensor 40 eine Negativbeschleunigung des zu ver stellenden Bauteils, so ist davon auszugehen, dass eine mechanische Erschüt- terung des Kraftfahrzeugs zu dieser Negativbeschleunigung geführt hat, die zu einem Abbremsen des Bewegungsvorganges des Bauteils geführt hat - insbe sondere nämlich etwa das Überfahren einer Querrille, eines Bahngleises oder eines Schlagloches. Dadurch kann bevorzugt bei einer Schlechtwegstrecke der Einfluss der externen Beschleunigung in der Einklemmschutzfunktion 50 unter drückt werden. Ein solches Beschleunigungssignal erfasst dabei besonders Be schleunigungen entgegen der Erdanziehung (für Seitenfenster) und/oder ein starkes Abbremsen des Fahrzeugs (für Schiebedach). In der SLC- Auswerteeinheit 80 wird die Position , Drehzahl und Fahrzeugbeschleunigung aus dem Köperschall abgeleitet und auf die Klemmkraft geschlossen. Die er mittelten Werte für die Position und/oder die Drehzahl werden in einer Überprü fungseinheit 90 auf Plausibilität überprüft.

Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der ein zelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise der Elekt romotor 12 mit unterschiedlichen Getriebebauformen 44, wie einem Schne ckengetriebe, einem Exzentergetriebe, einem Stirn- oder Kegelradgetriebe kombiniert werden. Ebenso kann die Steuereinheit 30 integraler Bestandteil des Stellantriebs 10 sein, oder als zentrales Steuergerät für mehrere Elektromoto ren 12 ausgebildet sein. Der Beschleunigungssensor 40 ist bevorzugt auf einer elektronischen Leiterplatine 33 des Elektromotors 12 angeordnet, kann jedoch auch ohne Leiterplatte 33 direkt an einer beliebigen Stelle am Elektromotor 12 befestigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Elekt romotors 12 kann auch für Antriebe verwendet werden, die kein Bauteil verstel len, sondern beispielsweise ein Gebläse oder eine Pumpe antreiben, und deren Drehzahl mittels der periodischen Welligkeit des Beschleunigungssignals 63 er fasst wird. Ebenso ist das Verfahren auch für Anwendungen außerhalb des Kraftfahrzeugs nutzbar.